大慶隆深區(qū)塊基巖探井井控設(shè)計與施工

陳琳琳，陳紹云，袁后國，孫 妍，李 兵，孫 莉

（中國石油大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江 大慶 163413）

井控設(shè)計是安全作業(yè)的前提，是避免井噴失控的前提，是工程設(shè)計的重要組成部分，井控設(shè)計是井控工藝、井控裝置、井控規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)的集中體現(xiàn)和綜合應(yīng)用，是確保對地層壓力實現(xiàn)有效控制的源頭和依據(jù)。

井控設(shè)計依據(jù)：①執(zhí)行井控相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、井控實施細(xì)則為主的標(biāo)準(zhǔn)性文件；②集團(tuán)公司下發(fā)的關(guān)于井控方面的規(guī)范、規(guī)定性文件；③針對不同地區(qū)地面條件、地質(zhì)特點等特殊需求；④領(lǐng)導(dǎo)、專家批示意見。

1 深層天然氣基巖探井井控難點分析

（1）深層天然氣井溢流到井噴間隔時間短，速度快，強(qiáng)度大。由于天然氣的密度低和可壓縮易膨脹等特性，其間隔時間比油井短很多。從發(fā)現(xiàn)溢流到井噴的間隔時間，一般在10min 以內(nèi)，且來勢兇猛，容易失控。

（2）關(guān)井壓力高，由于天然氣密度低，僅為原油的0.7‰，不能靠自重平衡地層壓力，井涌、井噴臨時關(guān)井壓力高，完井后井口關(guān)井壓力也高。

（3）天然氣分子小，擴(kuò)散能力大，鉆進(jìn)時鉆井液容易氣侵，固井時容易出現(xiàn)氣竄。

（4）易燃易爆易中毒，當(dāng)天然氣與空氣的混合比達(dá)到5%～15%，遇火星即可發(fā)生爆炸，發(fā)生井噴后易引起鉆機(jī)著火，含硫天然氣對人危害很大，空氣中H2S含量超過20ppm 呼吸道受刺激，超過100ppm 昏昏欲睡，含量在1000ppm立即喪失知覺[1-2]。

由于深層天然氣基巖探井的上述特征，使其相對于油井作業(yè)的井控工作復(fù)雜，容易引發(fā)井噴事故。

2 深層天然氣基巖探井井控設(shè)計重點

2.1 確定合理的井身結(jié)構(gòu)

由于深層天然氣基巖探井有地層壓力梯度差異大、易竄漏等特點，合理的井身結(jié)構(gòu)能夠有效減少井眼漏失、氣竄的發(fā)生。

根據(jù)地層孔隙壓力梯度、地層破裂壓力梯度、坍塌壓力梯度、巖性剖面、鉆關(guān)需求及保護(hù)油氣層的需要?？紤]不可預(yù)測因素，留有一層備用套管；并且噴漏不在同一裸眼中，且壓力梯度不超過0.3MPa/100m；套管下深考慮下部鉆井最高鉆井液密度和溢流關(guān)井時的井口安全關(guān)井余量；含H2S、CO2等有害氣體和高壓氣井套管材質(zhì)和螺紋符合完井、井下作業(yè)和油氣生產(chǎn)的需要。根據(jù)以上要求，設(shè)計隆深區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)，具體見表1。

表1 隆深區(qū)塊井身結(jié)構(gòu)表

根據(jù)地質(zhì)設(shè)計提供的資料制定鉆關(guān)方案，隆深區(qū)塊300m 范圍內(nèi)的注水井開鉆前30d 關(guān)井，開鉆前井口剩余壓力不大于2MPa，300～600m范圍內(nèi)的注水井開鉆前25d 關(guān)井，開鉆前井口剩余壓力不大于3MPa。50m 范圍內(nèi)的采油井和50～150m 范圍內(nèi)日產(chǎn)液量大于50m3的采油井開鉆前關(guān)井，同時結(jié)合《外圍低滲透油田鉆關(guān)技術(shù)研究》項目成果適當(dāng)放寬鉆關(guān)井井口剩余壓力要求，目前建議葡萄花油層注水井按600m距離關(guān)井，開鉆前井口剩余壓力不大于5MPa，扶余油層注水井按500m 距離關(guān)井，開鉆前井口剩余壓力不大于7MPa。

2.2 加強(qiáng)鉆井液出口流量監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)迅速處理

由于天然氣的壓縮性與膨脹性，一旦發(fā)生氣侵，如未及時發(fā)現(xiàn)做出反應(yīng)會導(dǎo)致溢流急劇加速，因此對于氣體溢流來說，做好溢流監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)溢流并迅速關(guān)井非常重要。由于天然氣密度低，與鉆井液有很強(qiáng)的置換性，無論是開井還是關(guān)井，是循環(huán)還是靜止，氣體向井口的運(yùn)移總是要產(chǎn)生的，因此發(fā)生氣體溢流關(guān)井后，要及時組織壓井[3-4]。

為了及時監(jiān)測和預(yù)防隆深區(qū)塊多口深層探井的溢流情況，制定相應(yīng)的技術(shù)措施。①采用單閘板+雙閘板+環(huán)形防噴器的組合，備齊鉆具內(nèi)防噴工具；②鉆井液循環(huán)罐、計量罐、配液罐安裝直讀式容積計量標(biāo)尺，鉆井液循環(huán)罐安裝液面監(jiān)測報警裝置；配備有毒有害氣體監(jiān)測儀；③嚴(yán)格執(zhí)行防噴演習(xí)制度（每月不少于一次鉆進(jìn)、起下鉆桿、起下鉆鋌和空井四種工況的防噴演習(xí)），井控風(fēng)險識別管理、消減與防控措施（按照Q/SY19356-2019《風(fēng)險評估規(guī)范》進(jìn)行風(fēng)險評估，強(qiáng)化風(fēng)險預(yù)防控制，經(jīng)油氣建設(shè)單位主要領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后方可實施），干部盯井及井控坐崗制度（從二開開始至完井作業(yè)結(jié)束為止，鉆井隊干部應(yīng)24h井場值班，特殊時段、重點工序、關(guān)鍵環(huán)節(jié)派駐機(jī)關(guān)干部駐隊盯井）；④做好油氣上竄速度檢測；⑤保持鉆井液有良好的造壁性和流變性，控制施工過程中的壓力，控制起下鉆速度；⑥疑似溢流關(guān)井檢查，發(fā)現(xiàn)溢流立即關(guān)井并啟動應(yīng)急預(yù)案，鉆井隊要在10min內(nèi)以電話形式上報鉆井公司井控突發(fā)事件應(yīng)急值班室，30min內(nèi)進(jìn)行書面報告，每2h續(xù)報。

2.3 選擇符合要求的井控裝置

根據(jù)地層實際，按井控要求選擇符合的井口防噴器組、節(jié)流和壓井管匯、控制系統(tǒng)、鉆具內(nèi)防噴工具、液氣分離器等井控裝置，并按要求進(jìn)行試壓。井口裝置如圖1、圖2所示。

圖1 二開井口裝置示意圖

圖2 三開井口裝置示意圖

防噴器的壓力等級應(yīng)與裸眼井段中最高地層壓力相匹配，并根據(jù)不同的井下情況選用各次開鉆防噴器的尺寸系列和組合形式。額定工作壓力應(yīng)不小于預(yù)測最高井口關(guān)井壓力，且通徑不小于施工井四通的通徑[5-6]。制定隆深區(qū)塊井口裝置試壓要求，如圖3所示。

圖3 各次開鉆井口裝置試壓要求

2.4 充分考慮有毒有害氣體防護(hù)和防火防爆安全措施

天然氣具有易擴(kuò)散、易燃、易爆的特點，對于天然氣井的經(jīng)常設(shè)備布置，要充分考慮有毒有害氣體防護(hù)和防火防爆要求。隆深區(qū)塊深層探井井場應(yīng)按照SY/T 5974-2020《鉆井井場設(shè)備作業(yè)安全技術(shù)規(guī)程》配備消防器材，設(shè)置防護(hù)室，儲備急救箱、擔(dān)架等用具；應(yīng)按照Q/SY 08136-2017《生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場應(yīng)急物資配備選用指南》的規(guī)定配備8個正壓式呼吸器及其他應(yīng)急物資[7-8]。

2.5 確定井控風(fēng)險控制重點及預(yù)防措施

依據(jù)地質(zhì)設(shè)計提供的井控風(fēng)險級別，綜合考慮地面環(huán)境和技術(shù)難度，確定井控風(fēng)險控制重點及相應(yīng)預(yù)防措施。

（1）明確設(shè)計鉆井液密度及加重儲備量。根據(jù)地質(zhì)設(shè)計提供的資料為基準(zhǔn)再加上一個安全附加值且在鉆開油氣層前根據(jù)井控風(fēng)險級別明確加重鉆井液和加重材料的儲備量。

（2）準(zhǔn)確預(yù)測井口最高關(guān)井壓力。鉆穿套管鞋以下第一個3～5m 厚的砂巖層進(jìn)行地層破裂壓力試驗，新井眼長度不宜超過100m，對于脆性地層只做承壓試驗；預(yù)探井在進(jìn)入油氣層前50～100m，按照下步鉆井的設(shè)計最高鉆井液密度值，對裸眼地層進(jìn)行承壓能力檢驗；表層套管下深大于300m 的井二開后、其他井三開后，每只新入井鉆頭開始鉆進(jìn)前以及每鉆進(jìn)300～500m，應(yīng)以1/3～1/2 鉆進(jìn)排量，測一次低泵速循環(huán)壓力。

（3）增加水平井井控措施。鉆進(jìn)過程中要注意防塌、防漏；采用短起下鉆或分段循環(huán)的辦法清潔井眼，若發(fā)生托壓無進(jìn)尺現(xiàn)象，及時活動鉆具、劃眼，消除巖屑床，盡快恢復(fù)鉆進(jìn)。

（4）做好地層壓力監(jiān)測，增強(qiáng)防噴防火意識[9-10]。

3 現(xiàn)場實施情況

近四年在松遼盆地古中央隆起帶基巖風(fēng)化殼共完成5口深層基巖探井的井控設(shè)計，均取得了良好的應(yīng)用效果，在鉆進(jìn)過程中均未出現(xiàn)設(shè)計原因?qū)е碌墓こ?、質(zhì)量事故和井控安全問題，有效保障了安全施工，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

井控安全是天然氣勘探開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，是安全生產(chǎn)工作中的重中之重。隆深區(qū)塊深層天然氣基巖探井井控設(shè)計，針對溢流到井噴間隔時間短、關(guān)井壓力高、易竄漏、易燃易爆易中毒等特點，確定了相應(yīng)的井控重點問題，并提出有效的防控措施，對該區(qū)塊其他井的井控設(shè)計及安全高效鉆井有較實用的指導(dǎo)意義。

4 結(jié)論

（1）加強(qiáng)鉆井液出口流量監(jiān)測和氣體上竄速度檢測是深層天然氣井防止發(fā)生井噴事故的關(guān)鍵，因此仍需進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)鉆井液進(jìn)、出口流量監(jiān)控技術(shù)；

（2）完善設(shè)計中各環(huán)節(jié)的井控風(fēng)險辨識，是加強(qiáng)設(shè)計科學(xué)性、針對性、實用性的基礎(chǔ)；

（3）應(yīng)持續(xù)推動地質(zhì)工程深度融合，使井控措施更具有針對性。